北美浆纸工业技术发展及其对中国的影响

北美浆纸工业技术发展及其对中国的影响赵汝和博士，加拿大不列颠哥伦比亚大学（University of British Columbia，UBC）教授，查韦环境研究院首席科学家和CEO，英国皇家化学学会Fellow (Fellow of The Royal Society of Chemistry UK, FRSC)，加拿大纸浆和造纸协会Fellow (Fellow of Pulp and Paper Technical Association of Canada, PAPTAC Fellow)，国际工程技术学会 Fellow (Fellow of Institution of Engineering and Technology, FIET)，国际科学和数学科学院 Fellow (Fellow of International Academy of Science and Math, FIASM)，国际木材科学院Fellow (Fellow of International Academy of Wood Science, FIAWS)；齐鲁工业大学特聘教授，清华大学、华南理工大学、广西大学客座教授；美国科学协会会员，美国化学学会会员，美国流变学学会会员，美国制浆造纸工业技术协会会员，加拿大化工研究院、化学工程学会终身会员，加拿大森林管理委员会成员，加拿大绿色建筑委员会成员，加拿大制浆造纸技术协会会员，加拿大BC专业工程师和地质科学家协会注册专业工程师，英国皇家化学学会特许化学家。

赵汝和博士是华南理工大学制浆造纸工程77级学生，1982年获学士学位，1985年获硕士学位，1987年获博士学位，是华南理工大学培养的中国第一位制浆造纸工程博士。1987年至1988年英国牛津大学凯瑟琳学院主修英文、应用数学和动力学，1989年至1991年UBC化学和生物工程完成博士后。从事制浆造纸和相关行业工作30多年，在专业刊物发表100多篇文章，获得20多项专利授权和多项注册商标。

北美浆纸工业技术发展主要特点

（1）在过去20年，北美浆纸工业是一个增长比较缓慢但已成熟的大宗商品行业。

（2）与世界其他国家和地区相比，北美浆纸厂的设备资产相对较为陈旧。

（3）北美浆纸厂一直致力于通过技术改革提高工厂效率，虽有显著的改善，但最近这十几年没有出现颠覆性的技术创新，不像上世纪八九十年代那样。

（4）北美浆纸工业一直享有非常丰富且重要的植物纤维资源和先进的物流设施，但面临废纸、能源等生产成本方面的压力。

浆纸工业技术发展趋势

现今社会，科技发展水平飞速提高，人们生活水平也相应提高。理论上，纸品消耗量应呈现增加趋势。但实际上，包装用纸、生活用纸的消耗量是增加的，印刷书写用纸的消耗量却在减少。浆纸工业的发展趋势也出现相应的调整。

1  纸机向更快、更宽、更好的方向发展

更高速的纸机：目的：提高经济性。可行性：小幅增加速度是可行的。风险：引纸时更高频率纸张断头。对策：进一步提高纸张压榨后干度；配置额外的干燥设备；更好的纸浆配料。

更宽的纸机：目的：提高经济性。可行性：小幅度增加幅宽是可行的。挑战：纸机设计和制造；辊的维护。

2  向生物精炼的方向发展

生物质产品与造纸行业的相关性较小，例如纤维素纳米晶体CNC、生物质燃料、木质素应用等，与传统的制浆造纸并没有直接联系。

木质素产品，可以作为生物质燃料、树脂和改良剂、分散剂和絮凝剂、胶粘剂、塑料添加剂、冰激凌添加剂等。

◆生物精炼成功案例一

美国北卡 Domtar’s Plymouth浆厂（Domtar’s Plymouth N.C. Mill），该厂1937年建成运行，年生产能力39万吨硫酸盐浆。拥有全球第一套木素回收运行装置，2013年初运行，采用维美德 Lignoboost技术，木素产量75吨/日。提取木素后，减少了回收锅炉负荷，提高浆产量，分离的木素替代化石燃料燃烧。

◆生物精炼成功案例二

芬兰斯道拉恩索Sunila浆厂（Stora Enso’s Sunila Mill in Finland）, 该厂1938年建成运行，150名雇员，年生产能力37.5万吨硫酸盐浆。采用维美德Lignoboost技术提取木素，2015年1月运行，建设工期18个月，木素产量140吨/日。这是第一家生产商业木素产品的纸浆公司，并对外销售。提取木素，不是为了减少回收锅炉负荷和提高浆产量。

◆生物精炼成功案例三

加拿大威斯福Hinton浆厂（West Fraser’s Hinton Mill），地点在阿尔伯特省。该厂采用加拿大林产品创新研究院/NORAM Engineering Lignoforce技术，联邦政府+省政府+工厂共同投资3000万加币 (约1.7亿人民币) 建设，建设工期17个月，2015年8月开始生产，日产30吨木素。目的是替代石化产品。

◆生物精炼成功案例四

芬兰芬欧汇川Lappeenranta生物精炼厂（UPM’s Lappeenranta Biorefinery），该厂是世界上第一家从妥尔油商业生产生物柴油（BioVerno）的企业。投资1.79亿欧 (合15亿人民币)，年生产能力10万吨。2012年夏天动工，2年工期， 2015年1月开始生产。200名员工（雇员50人，间接雇员150人）。

◆生物精炼失败案例一

硫酸盐制浆前半纤维素预抽提（Hemi-cellulose pre-extraction before kraft pulping）。白液预抽提，不影响浆得率和浆性能，但木聚糖浓度太低，工业界对其回收不感兴趣；热水预抽提，木聚糖浓度高并且降解少，但是影响制浆强度性能。

◆生物精炼失败案例二

黑液气化（Black liquor gasification）。950℃，存在腐蚀问题，耐火材料损失严重；每6个月要停机维护 (通常维护间隔为12个月)；经济性差。

◆TMP生物精炼——加拿大林产创新研究院

利用现有的制浆造纸厂基础设施并保留工作机会，从非粮生物质获得糖和木素。2017年，在加拿大Thunder Bay建立中试工厂，处理能力100吨/年生物质。处理过程如图13。

◆纳米晶体纤维素

纳米晶体纤维素得益于其生物相容性、高强度、高长径比等优良特性，研究较多的应用在增强复合材料、石油/天然气探勘钻井、涂料、汽车工业、食品、催化剂载体等方面。产品具有价格高、产量低、对制浆造纸行业的影响较小等特点。下面是几个实例：

在加拿大，CelluForce Inc.公司, 每天生产1吨纳米纤维素；InnoTech Alberta/Alberta-Pacific Forest Industries Inc.公司,每天生产20千克纳米纤维素；Blue Goose Biorefineries Inc.公司,每天生产10千克纳米纤维素；Advanced Cellulosic Material Inc.(formerly BioVision Technology Enterprises Inc.) 公司,每天生产4千克纳米纤维素。

在美国，American Process Inc.公司，每天生产0.5吨纳米纤维素；USDA‐Forest Service‐Forest Products Laboratory (FPL) Madison, WI，每天生产10千克纳米纤维素；Innotech Materials LLC.公司，每天生产4千克纳米纤维素。

3 纸和纤维产品发展应用新方向

纸和纤维产品在建筑行业、汽车行业和农业生产方面的应用是浆纸行业发展的新方向，有很大的发展空间，应该多进行这些方面的研究工作。例如，建筑材料方面，纤维可制造控温材料、蜂窝纸芯结构用于建筑物保温板，有利于建筑节能；汽车行业方面，将特种纸用于电动车电池的隔膜；农业方面，用纤维做大棚农用膜等。纤维应用的热点领域如图14。

加拿大查韦环境研究院是加拿大的高科技公司，总公司在加拿大卑诗省温哥华。主要业务领域包括环境保护、污水处理、制浆造纸高新技术和节能等。其典型研究成果之一是纤维用于制造控温材料和蜂窝纸芯结构用于建筑物保温板，实现建筑节能，如图15、图16。这两种纸基功能材料附加值高、市场潜力大、应用前景广阔。

4 特种纸

特种纸生产依然是浆纸行业的一个重要分支，与传统的制浆造纸业密不可分。

北美浆纸工业技术发展对中国的影响

全球商品浆的总生产量持续下降。加拿大和美国占据了针叶木浆市场的主要地位，拉丁美洲占据了阔叶木浆市场的主导地位。北美和西欧是全球最主要的废纸出口地区，亚洲则是最大的废纸进口地区。

再看中国，消耗了全世界一半以上的废纸，预测将消耗55%的废纸，而随着西方纸和纸板用量减少，废纸产生量将减少，难以满足中国对回收废纸的需求，这对全球废纸的供应和质量造成非常大的影响，导致了废纸价格上行的压力。虽然中国消耗了加拿大一半针叶木浆的产量，但西方国家木浆产量总体是减少的。全球范围内，再生纤维的总产量超过原生纤维总产量的40%。因此，供应和需求的不平衡，导致废纸的价格持续上升。

加强中国与北美之间合作

●中国造纸的发展必须依靠科技创新，需要更多、更好、更实用的成果出现。

●加强国际交流，学习国外先进管理经验。

●科研机构和高校不但要做前沿研究，也要关注实际问题，研究纸在建筑、农业和汽车等领域的应用以及废纸有效回收回用等。

●与国外企业合作，“走出去”建设浆厂和纸厂，把纸浆纸产品运回来，解决中国浆纸行业原材料短缺的问题。

总结

●北美制浆造纸工业技术进步主要发生在2000年以前，得益于化学技术、石油化工产品技术和信息技术的发展。2000年以后，制浆造纸工业技术进展不大。

●生物精炼技术可能会解决造纸行业的一些挑战，但不能解决根本性、全局性的问题。

●提高浆厂能源利用效率，尽量减少化石燃料使用。

●纤维和纸张用于建筑节能，开辟了纤维和纸张利用的新途径，包括秸秆等非木材纤维原料的开发利用。

●与国外企业合作，“走出去”建设浆厂和纸厂，把纸浆纸产品运回来，这是解决原材料问题的一个方法。

责任编辑：葛鸿燕